Уголь смешивают со связующим, которое позволяет сформировать прочные гранулы нужной формы. Качество продукта зависит от вязкости связующего и содержания в нём коксового остатка.

Учёные ПНИПУ предлагают использовать в качестве связующего коксохимические смолы с добавками, которые снижают вязкость до нужного уровня. Это исследование открывает новые возможности в производстве гранулированных активированных углей и позволяет получать сорбенты высокого качества.

Гранулированный активированный уголь (ГАУ) благодаря особой структуре способен поглощать молекулы разных размеров и типов. Он может улавливать как жидкие, так и газообразные вещества, очищая окружающую среду или обрабатывая загрязнённые объекты.

Свойства активированного угля зависят от его углеродной основы. Связующий компонент влияет на прочность и возможность формировать гранулы из пасты. Раньше для этого использовали лесохимическую смолу — жидкий продукт переработки древесины. Но её высокая вязкость затрудняет производство и формовку. Кроме того, в этом виде связующего мало коксового остатка, поэтому приходится добавлять другие вещества с его высоким содержанием.

В производстве гранулированных активированных углей используют коксохимические смолы, которые образуются при обработке каменного угля. Они представляют собой чёрную маслянистую жидкость и увеличивают долю коксового остатка в ГАУ. Однако эти смолы также имеют значительную вязкость.

Учёные Пермского Политеха исследовали возможность использования коксохимических смол как основного компонента связующего вещества. Также они изучили влияние дополнительных добавок на его вязкость и пористую структуру продукта.

В лаборатории политехники создали серию образцов ГАУ из пыли каменного угля и коксохимических смол с разной массой коксового остатка (22,51% и 30,77%).

Нагрев связующего до 60 °С снижает его вязкость примерно в 5 раз. Учёные выяснили, что улучшить характеристики связующего можно путём добавления поверхностно-активных веществ (ПАВ). Исследователи использовали разные виды ПАВ, а также дистиллированную воду. Во всех случаях они определяли зависимость вязкости связующих от количества добавок, — рассказывает кандидат химических наук, доцент кафедры «Химия и биотехнология» ПНИПУ Елена Фарберова.

Результаты показали, что добавление дистиллированной воды в связующее сильно увеличивает его вязкость.

Лучше всего добавлять неионогенный поверхностно-активное вещество (ПАВ). В этом случае вязкость образцов ГАУ при 40 °С снижается на 23–55%, а при 60 °С — на 11–59%.

Использование ПАВ также увеличивает площадь удельной поверхности гранулированного угля на 23%. Это улучшает сорбционную способность продукта и делает его более эффективным для очистки.

Учёные ПНИПУ доказали, что использование композиционных связующих на основе коксохимических смол позволяет получать качественные сорбенты. Эта технология даёт возможность улучшить производство углеродных сорбентов.

Статья опубликована в журнале «Вестник технологического университета», № 6, 2024 год. Исследования проведены в рамках общего координационного плана Научного совета РАН по физической химии на 2024 год (№ 24-03-460-09) и программы стратегического академического лидерства „Приоритет 2030“.